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Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2001. / ENGLISH ABSTRACT: In this dissertation we set out to develop the first relativistic model for calculating complete sets of (p, 2p) spin transfer observables. In addition to this a new technique has been developed which allows us to evaluate the transition amplitude, which is used to calculate the scattering observables for the reaction directly. The influence of various modiuin-modificd parameters ()1I the scattered wave functions anr] NN interact ion lH-IVC' })('('11 invest igatcd DlIC t,C) (I,llIlJigllitic's surrounding the nNN coupling we have included both pseudosoalar and pseudovector coupling into the nucleon-nucleon interaction model. Furthermore we have included two different kinematic prescriptions to obtain the effective NN laboratory kinetic energy and center of mass scattering angle, which are used to obtain the NN scattering amplitudes. The aim of this study is to investigate the effects of the various model parameters on complete sets of scattering observables. Our investigation has shown that although the analyzing power is not very sensitive to nuclear medium effects, and the various other spin transfer observables such as Dnn should provide valuable insight. Further refinements of the model would be to include nuclear distortions as well as the IA2 model of the NN interaction. / AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie tesis ontwikkel ons die eerste relatiwistiese model vir die berekening van 'n volledige stel (p, 2p) spin waarneembares. Verder word 'n nuwe tegniek ingevoer wat ons toelaat om die oorgangsamplitude, wat gebruik word in berekening van die verstrooings waarneembares vir die reaksie, direk te evalueer. Die invloed van verskeie medium-gemodifiseerde parameters op die verstrooide golffunksies en die NN wisselwerking word bestudeer. As gevolg van onsekerhede betreffende die лNN koppeling word beide die pseudoskalaar en pseudovektor koppeling in die nukleon-nukleon interaksie model ingesluit. Ons sluit ook twee verskillende kinematiese preskripsies in om die effektiewe NN laboratorium kinetiese energie en die massa middelpunt verstrooiings hoek, wat gebruik word vir die berekening van die NN verstrooiings amplitude, te bereken. Die doel van hierdie studie is om die effek van verskeie model parameters op 'n volledige stel spin waarneembares te ondersoek. Die studie toon dat alhoewel die analiseervermoë nie baie sensitief is vir medium effekte nie, die ander spin waarneembares soos byvoorbeeld Dnn waardevolle insig lewer. Daar word voorgestel dat die model verfyn word deur kerndistorsies as ook die meer algemele IA2 model vir die NN interaksie in te sluit.

Le nombre de cibles potentielles pour la conception de nouvelles molécules à activité thérapeutique ne cesse de croître. Pour chaque cible, il est nécessaire d’identifier des molécules actives et de les optimiser afin d’atteindre l’affinité et la sélectivité recherchées. Ces nouveaux défis accentuent la nécessité d’améliorer notre compréhension des facteurs qui mènent à la reconnaissance moléculaire entre une drogue potentielle et une macromolécule biologique, et particulièrement des facteurs énergétiques à la base de la stabilisation d’un complexe d’interaction. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’effet que pouvaient avoir les équilibres de protonation/déprotonation des résidus ionisables d’une protéine sur les paramètres thermodynamiques caractérisant la complexation d’un ligand. Dasns ce but, nous avons étudié l’interaction entre l’α-chymotrypsine et un de ses inhibiteurs compétitifs, la proflavine. Cette protéine est représentative d’un nombre important d’enzymes présentant le même mécanisme catalytique. La compréhension des facteurs qui régissent les équilibres de protonation/déprotonation des résidus ionisables présents dans son site actif ainsi que de l’effet sur ceux-ci de l’interaction avec des ligands est d’une importance primordiale pour le développement d’inhibiteurs plus sélectifs de ces protéases. Cette étude s’est essentiellement composée de trois volets. (i) La réalisation d’un modèle du complexe d’interaction afin de confronter des données structurales aux données expérimentales recueillies. (ii) L’étude de l’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) afin de mettre en évidence les résidus ionisables dont les équilibres de protonation/déprotonation sont influencés par la complexation du ligand. (iii) L’étude de la thermodynamique de l’interaction par Calorimétrie à Titrage Isotherme (ITC) et spectroscopie d’absorption en fonction de l’état d’ionisation des résidus identifiés par l’étude RMN. Le modèle du complexe d’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine a été réalisé sur base de la structure cristallographique du complexe entre cet inhibiteur et une protéase apparentée à la chymotrypsine, la thrombine. Il ressort de l’analyse du modèle obtenu que la proflavine est profondément enfouie dans le subsite S1 de l’enzyme et présente une très grande complémentarité de surface avec cette poche hydrophobe. Nous avons également pu constater la présence de plusieurs molécules d’eau immobilisées au sein du complexe, et d’une molécule en particulier faisant office de relais de liens-H. L’étude de l’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine par RMN du 1H a été précédée par une étude de l’effet du degré de maturité de l’enzyme sur les interactions liant les différents résidus composant la triade catalytique (Asp102, His57 et Ser195). Lors de l’activation du précurseur inactif de l’enzyme, le chymotrypsinogène, vers la forme mature, l’α-chymotrypsine, il semble en effet que le lien-H entre le NHε2 de l’His57 et le Oγ de la Ser195 soit affaibli, contrairement à celui qui relie le NHδ1 de cette même histidine au Oδ1 de l’Asp102. Nous rapportons pour la première fois l’observation de l’influence de la protonation de l’Asp102 sur les déplacements chimiques des protons NHδ1 et NHε2 de l’His57. L’étude de l’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine par RMN, nous a permis de mettre en évidence l’effet de la complexation du ligand sur l’état d’ionisation des résidus His57 et Asp102 de la triade catalytique, les pKa de ces résidus dans l’enzyme libre valant respectivement 7 et approximativement 4. Les paramètres thermodynamiques de l’interaction α-chymotrypsine - proflavine et des différents équilibres de protonation/déprotonation qui y sont liés ont été obtenus par spectroscopie d’absorption et ITC. Cette dernière technique constitue un outil précieux pour l’étude d’interactions moléculaires car il s’agit de la seule technique expérimentale permettant la mesure directe de l’enthalpie d’interaction. Lorsque des équilibres de protonation/déprotonation sont thermodynamiquement liés à l’interaction, il s’agit également de la seule technique permettant la quantification de ces effets. En mesurant la constante d’affinité et l’enthalpie d’interaction observées à différents pH et dans différents tampons, nous avons pu, sur base du modèle obtenu par RMN, déterminer les paramètres thermodynamiques intrinsèques des différents équilibres. La corrélation entre les données thermodynamiques obtenues par ITC et spectroscopie d’absorption et les données structurales obtenues par RMN et sur base de l’analyse du modèle du complexe d’interaction, nous a permis de rationaliser les facteurs à la base de l’interaction préférentielle de l’inhibiteur avec une des formes de l’enzyme. L’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine est la plus favorable lorsqu’à la fois l’His57 et l’Asp102 sont déprotonnés. Cette interaction est caractérisée par un terme enthalpique favorable et un terme entropique légèrement défavorable. Ce dernier terme s’expliquerait en partie par l’immobilisation dans le site d’interaction de plusieurs molécules d’eau. L’affinité entre l’α-chymotrypsine et la proflavine diminue lorsque l’His57 se protonne. La répulsion électrostatique entre les charges positives de la proflavine et de l’His57 est vraisemblablement un des facteurs permettant d’expliquer cette diminution de la constante d’affinité. Nous n’avons pu mettre en évidence d’interaction entre ces deux molécules dès lors que l’Asp102 est protonné, malgré que ce résidu soit situé relativement loin de la proflavine dans le complexe. Il s’agit donc d’un effet indirect, probablement relayé par l’His57. Tant que l’Asp102 est déprotonné, sa charge négative compenserait la charge positive de l’His57 et réduirait la répulsion électrostatique avec la proflavine, ce qui n’est plus le cas lorsque l’aspartate se protonne.

Un ordinateur IBM 1800 a été installé au CERN pour assister l'opération du synchrotron à protons (PS). Par l'intermédiaire de systèmes d'acquisition cet ordinateur acquiert un certain nombre de données relatives à l'accélérateur et à ses faisceaux. Certains paramètres peuvent erre commandés par l'ordinateur.<br />Après un bref rappel des caractéristiques de l'accélérateur, de l'ordinateur et de son électronique associée, une analyse détaillée des programmes relatifs aux faisceaux éjectés est donnée. Ces programmes concernent un relevé de données, une surveillance de paramètres et les statistiques sur l'utilisation des protons par les systèmes d'éjection. Deux programmes de contrôle optimisent l'un la position du faisceau éjecté sur la cible externe, l'autre le flux de particules secondaires issues de cette cible.<br /><br />L'utilisation opérationnelle et l'aspect conversationnel de ces programmes sont expliqués.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

This thesis utilizes the binary encounter approximation to calculate the stopping power of protons penetrating silicon. The main goal of the research was to make predictions of the stopping power of silicon for low-energy and medium-energy channelled protons, in the hope that this will motivate experiments to test the theory developed below. In attaining this goal, different stopping power theories were compared and the binary encounter approach was applied to random (non-channelled) and high-energy channelled protons in silicon, and these results were compared with experimental data.

A partir de uma abordagem teórica e experimental, a perda de energia ou a força de freamento de íons individuais e dímeros atravessando um gás de elétrons livres (teoricamente) e um meio sólido (experimentalmente) e investigada cuidadosamente neste trabalho. Do ponto de vista teórico, a descrição da interação de íons com um gás de elétrons e feita em termos do potencial de espalhamento elétron- on. Os resultados mostram diferentes soluções para os potenciais auto-consistentes em baixas energias dos projéteis, as quais são relacionadas a diferentes graus de excitação da nuvem eletrônica em torno do projétil. Uma interpolação dinâmica do potencial de espalhamento V (r) e proposta e usada para calcular a força de freamento. Esses resultados estão em bom acordo com os cálculos de benchmark da TD-DFT, bem como com os dados experimentais. Experimentalmente, focamos nosso estudo na técnica de espalhamento de íon de energia média (MEIS) para a obtenção da perda de energia de íons de H+ e HeH+ em Al2O3. O objetivo dessa investigação e melhorar nosso entendimento do efeito de vizinhança negativo e positivo observado na perda de energia de íons moleculares. Em baixas energias, esse efeito de vizinhança e caracterizado por uma interferência negativa que e responsável pela menor perda de energia dos fragmentos dos íons moleculares quando comparada ao caso onde os fragmentos estão longe um do outro. Em altas energias o efeito se inverte. Motivados por uma descrição mais acurada desses efeitos, um novo modelo não linear foi desenvolvido através da generalização do modelo da abordagem da densidade induzida (IDA) para a interação de íons moleculares com um gás de elétrons livres, nomeadamente como IDA-Mol. Para o potencial de espalhamento dos dímeros e proposta uma correção para a carga de polarização em torno do on Z1 devido a vizinhan ca de um on Z2. A análise dos resultados obtidos a partir da IDA-Mol nos permitiu, pela primeira vez, explicar a origem do efeito de vizinhança negativo (baixas energias) e positivo (altas energias), bem como a transição abrupta observada entre os efeitos negativos e positivos do efeito de vizinhança na perda de energia. / From a theoretical and experimental approach, the energy loss or the stopping force of individual ions and dimers in a free electrons gas (FEG) (theoretically) and in a solid medium (experimentally) is carefully investigated in this work. From the theoretical point of view, the description of the interaction of ions with an electron gas is made in terms of the electron-ion scattering potential. The results show di erent solutions for the self-consistent potentials at low energies of the projectiles, which are related to di erent degrees of excitation of the electronic cloud around the projectile. A dynamic interpolation of the scattering potential V (r) is proposed and used to calculate the stopping force. These results are in good agreement with TD-DFT benchmark calculations, as well as with the experimental data. Experimentally, we focused our study on the medium energy ion scattering (MEIS) technique to obtain the energy loss of H+ ions and HeH+ dimers in Al2O3. The aim of this investigation is to improve our understanding of the negative and positive vicinage e ects observed in the energy loss of dimers. At low energies, this vicinage e ect is characterized by a negative interference that is responsible for the lower energy loss of the dimer fragments when compared to the case where the fragments are far from each other. At high energies the e ect is reversed. Motivated by a more accurate description of these e ects, a new nonlinear model was developed through the generalization of the induced density approach (IDA) model for the interaction of dimers with a free electron gas, namely IDA-Mol. For the scattering potential of the dimers a correction is proposed for the polarization charge around the ion Z1 due to the Z2 companion. The analysis of the results obtained from the IDA-Mol allowed us, for the rst time, to explain the origin of the negative (low energies) and positive (high energies) vicinage e ects, as well as the abrupt transition observed between the negative and positive e ects of the vicinage e ect in the energy loss.

Thesis. 1976. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept of Physics. / Microfiche copy available in Archives and Science. / Vita. / Includes bibliographies. / Ph.D.

Lai, Kin Fung. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2007. / Includes bibliographical references (leaves 92-97). / Abstracts in English and Chinese. / Title Page --- p.i / Thesis Committee --- p.ii / Abstract (In English) --- p.iv / Abstract (In Chinese) --- p.v / Acknowledgement --- p.vi / List of Figures --- p.xii / List of Tables --- p.xiv / List of Symbols and Abbreviations --- p.xvi / Chapter 1. --- Introduction --- p.1 / Chapter 1.1 --- Chemical Shift Predictions of Nucleic Acids --- p.1 / Chapter 1.1.1 --- Chemical Shift --- p.1 / Chapter 1.1.2 --- Chemical Shift Prediction of Double Helical DNA and RNA --- p.1 / Chapter 1.1.3 --- Chemical Shift Prediction of Random Coil DNA --- p.2 / Chapter 1.1.4 --- Applications of Nucleic Acid Chemical Shift Prediction --- p.4 / Chapter 1.2 --- General Review of DNA Structure --- p.4 / Chapter 1.2.1 --- Structure and Nomenclature of Nucleotide --- p.4 / Chapter 1.2.2 --- Structure of Polynucleotide --- p.5 / Chapter 1.2.3 --- Sugar Conformation in Nucleotide --- p.5 / Chapter 1.2.4 --- Double Helical DNA Conformation --- p.7 / Chapter 1.3 --- A.A Mismatches in DNA Duplexes --- p.8 / Chapter 1.3.1 --- Mismatches in DNA Duplexes --- p.8 / Chapter 1.3.2 --- Biological Significance of A． A Mismatches --- p.9 / Chapter 1.4 --- Purpose of the Work --- p.9 / Chapter 2 --- Materials and Method --- p.10 / Chapter 2.1 --- Overview of the Proposed Prediction Method --- p.10 / Chapter 2.1.1 --- Nearest Neighbor Model --- p.10 / Chapter 2.1.2 --- Base Pair Replacement Approach --- p.10 / Chapter 2.2 --- Sample Design --- p.11 / Chapter 2.2.1 --- Reference Sequences for Obtaining Triplet Values and Correction Factors --- p.11 / Chapter 2.2.2 --- Sequences for Verifying the Base Pair Replacement Approach --- p.12 / Chapter 2.2.3 --- Sequences for Testing Chemical Shift Prediction Accuracy --- p.12 / Chapter 2.3 --- Sample Preparation --- p.13 / Chapter 2.4 --- NMR Experiments --- p.14 / Chapter 2.4.1 --- Non-labile Proton Resonance Assignment --- p.14 / Chapter 2.4.2 --- Labile Proton Resonance Assignment --- p.16 / Chapter 2.5 --- Validating the Assumption in Reference Hairpin Model Samples --- p.17 / Chapter 3 --- Establishment of Proton Chemical Shift Prediction method of A.A Mismatches in B-DNA Duplexes --- p.18 / Chapter 3.1 --- Resonance Assignment --- p.18 / Chapter 3.1.1 --- Non-labile Protons --- p.18 / Chapter 3.1.2 --- Labile Protons --- p.20 / Chapter 3.2 --- Validating the Assumption in Reference Hairpin Model Samples --- p.21 / Chapter 3.3 --- Extraction of A.A Mismatch Triplet Chemical Shift Values --- p.22 / Chapter 3.4 --- Calculation of the 5´ة- and 3´ة-Correction Factors --- p.24 / Chapter 3.5 --- Chemical Shift Prediction Using Triplet Values and Correction Factors Extracted from Top Strands of refA.A(XAY) and refA．T(XAY) --- p.27 / Chapter 3.6 --- Chemical Shift Prediction Using Triplet Values and Correction Factors Extracted from Bottom Strands of refA.A(XAY) and refA．T(XAY) --- p.28 / Chapter 4 --- Testing of Proton Chemical Shift Prediction of A.A Mismatches in B- DNA --- p.29 / Chapter 4.1 --- Prediction Result Using Triplet Values and Correction Factors Extracted from the Top Strands of refA.A(XAY) and refA.T(XAY) --- p.29 / Chapter 4.2 --- Prediction Result Using Triplet Values and Correction Factors Extracted from Bottom Strands of refA.A(XAY) and refAT(XAY) --- p.30 / Chapter 4.3 --- Applicability of the Base Pair Replacement Approach --- p.31 / Chapter 4.3.1 --- Chemical Shifts and 3JH1´ةH2´ة of refT.A(XTY) Sequences --- p.31 / Chapter 4.3.2 --- Correction factors Extracted from the Top Strands of refA.A(XAY) and refT.A(XTY) --- p.31 / Chapter 4.3.3 --- Prediction Result Using Correction Factors Extracted from the Top Strands of refA.A(XAY) and refT.A(XTY) --- p.33 / Chapter 5 --- Conclusion --- p.35 / Appendix I NOE Sequential Assignment of refA.T(XAY) - (A) Aromatic Protons at 25 °C; (B) Labile Protons at 25 °C --- p.36 / Appendix II NOE Sequential Assignment of refA.A(XAY) - (A) Aromatic Protons at 25 °C; (B) Labile Protons at 5 °C --- p.40 / Appendix III H1'-H2'/H2´ح region of DQF-COSY Spectra of refA.T(XAY) at 25 °C --- p.44 / Appendix IV H1'- H2'/H2´ح region of DQF-COSY Spectra of refA.A(XAY) at 25 °C --- p.46 / Appendix V H3' region of HSQC Spectra of refA T(XAY) at 25 °C --- p.48 / Appendix VI H3' region of 1H-31̐ư HSQC Spectra of refA.A(XAY) at 25 °C --- p.50 / Appendix VII 3JH1'h2'1H and 31P Chemical Shifts of refA T(XAY) --- p.52 / Appendix VIII 3JH1'H2'and 31P Chemical Shifts of refA.A(XTY) --- p.60 / Appendix IX NOE Sequential Assignment of refT .A(XTY) - (A) Aromatic Protons at 25 °C; (B) Labile Protons at 25 °C --- p.68 / Appendix X H1'-H2'/H2''region of DQF-COSY Spectra of refT.A(XTY) --- p.72 / Appendix XI H3'region of H-31P HSQC Spectra of refT.A(XTY) --- p.74 / Appendix XII 3JH1'H2'1H and 31P Chemical Shifts of refT.A(XTY) --- p.76 / Appendix XIII Chemical Shifts of Testing Sequences --- p.84 / Reference --- p.92